一种镶齿牙轮钻头.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103114811A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103114811103114811A(43)申请公布日2013.05.22(21)申请号201310063631.3(22)申请日2013.02.28(71)申请人西南石油大学地址610500四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人杨迎新陈炼任海涛林敏牛世伟姚峰周春晓(74)专利代理机构成都九鼎天元知识产权代理有限公司51214代理人管高峰钱成岑(51)Int.Cl.E21B10/16(2006.01)E21B10/52(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书10页说明书10页附图13页附图13页(54)发明名称一种镶齿牙轮钻头(57)摘要本发明公开了一种镶齿牙轮钻头，属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，具体的讲涉及一种牙轮钻头。包括钻头体、至少一个牙轮，所述牙轮上镶固有横镶牙齿，且横镶牙齿的齿顶偏转角α的取值范围是70°≤|α|≤90°。本发明提出一种新的结构形式，该结构形式下的牙齿以滚动碾压、劈裂的方式作用于井底岩石，尤其对于硬脆性地层、硬研磨性地层的钻进具有独特优势，在保证钻头较高破岩效率的同时，延长钻头牙齿和轴承的寿命，进而延长钻头使用寿命。CN103114811ACN10348ACN103114811A权利要求书1/1页1.一种镶齿牙轮钻头，包括钻头体（1）、至少一个牙轮（2），其特征在于：所述牙轮（2）上镶固有横镶牙齿（3），且横镶牙齿（3）的齿顶偏转角α的取值范围是70°≤|α|≤90°。2.如权利要求1所述的镶齿牙轮钻头，其特征在于：所述钻头的至少一个牙轮上至少有1个齿圈上，所述横镶牙齿（3）数目占所在齿圈牙齿数的比率至少为50%，且横镶牙齿（3）的4分齿顶宽度不小于牙齿镶固部分（31）圆柱直径的80%。3.如权利要求2所述的镶齿牙轮钻头，其特征在于：所述钻头（1）上的每个牙轮都至少有1个齿圈均采用横镶牙齿（3）。4.如权利要求1所述的镶齿牙轮钻头，其特征在于：所述牙轮上的不同齿圈的横镶牙齿（3）全部或部分交错布置。5.如权利要求1所述的镶齿牙轮钻头，其特征在于：至少有一个所述牙轮上至少有一圈齿均为横镶牙齿（3），且该圈横镶牙齿（3）的齿顶偏转角α取相反值交错布置。6.如权利要求1所述的镶齿牙轮钻头，其特征在于：所述横镶牙齿（3）的4分齿顶宽度大于等于镶固部分（31）的圆柱直径。7.如权利要求1至6中任一权利要求中所述的镶齿牙轮钻头，其特征在于：所述钻头（1）上的横镶牙齿（3）的4分齿顶厚度不大于牙齿镶固部分（31）圆柱直径的四分之一。8.如权利要求1至6中任一权利要求中所述的镶齿牙轮钻头，其特征在于：所述钻头（1）上的每个牙轮的偏移值不大于钻头直径的1.5%。9.如权利要求7或8所述的镶齿牙轮钻头，其特征在于：所述钻头（1）上至少有50%的齿圈采用横镶牙齿（3），横镶牙齿（3）的齿顶偏转角α的取值范围是85°≤|α|≤90°，且钻头上牙轮的偏移值不大于钻头直径的0.5%。10.如权利要求9所述的镶齿牙轮钻头，其特征在于：所述牙齿（3）沿齿顶厚方向上的两个侧面为内凹曲面，且牙齿的4分齿顶宽度不小于牙齿镶固部分（31）圆柱直径、4分齿顶厚度不大于牙齿镶固部分（31）圆柱直径的四分之一。2CN103114811A说明书1/10页一种镶齿牙轮钻头技术领域[0001]本发明属于石油天然气、矿山工程、建筑基础工程施工、地质、水文等钻探设备技术领域，具体的讲涉及一种牙轮钻头。背景技术[0002]钻头是钻井工程中用以破碎岩石、形成井筒的破岩工具。目前钻井工程中所使用的三牙轮钻头包括钢齿钻头（又称铣齿钻头）和硬质合金齿钻头（又称镶齿钻头）。钢齿钻头是在牙轮坯体上直接铣出切削齿，齿的强度较低、耐磨性较差，一般用于软地层；镶齿钻头在牙轮体预留的齿孔内镶固硬质合金牙齿（以下简称硬质合金齿或牙齿），硬质合金齿的硬度和耐磨性明显优于钢齿，一般用于较硬地层。三牙轮钻头主要以冲击压碎的形式破岩，即牙齿通过对岩石的冲击、挤压和伴有少量的滑移刮切来破碎岩石，其缺点是能量利用率不高，破岩效率较低，且钻头工作过程中，轴承受到的冲击大，动载系数大。在结构形式上，为了满足镶齿牙轮钻头冲压破碎破岩工作方式的需要，现有钻头采用了以下三个技术手段：其一，牙齿的齿顶宽度均明显小于下部镶固部分的直径，以形成较尖锐的冲击头部。由于牙齿受的动载大，且牙齿尺寸相对较小，所以容易发生牙齿的整体或局部断裂。其二，现有大多数镶齿三牙轮钻头牙轮上牙齿的齿顶无偏转（即齿顶偏转角为0°），也有少量钻头的部分齿圈的牙齿（切削齿）齿顶有偏转，偏转角一般在50°以内。牙齿的偏转是为了迎合牙齿冲击压入岩石后